[多圖]科學家用冷凍人腦製成切片繪製大腦圖集 | 陽光歷史

 

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[多圖]科學家用冷凍人腦製成切片繪製大腦圖集

2015年12月15日 科學探秘-長篇 暫無評論 閱讀 321 次

據美國《連線》雜誌報道,借助於5500萬美元資金、一組冷凍的人腦樣本以及能夠每天處理192個大腦切片的自動儀器,美國艾倫腦科學研究所試圖完成一項看似不可能的任務——系統地繪製出2萬多個讓大腦灰質發揮作用的基因的表達形式。

  實際上,躲在這些技術背後的科學實踐並不是什麼新鮮事物。40年來,在揭秘基因玩得「捉迷藏」遊戲過程中,研究人員已經利用特定的RNA(核糖核酸)片斷探測到神經細胞。但利用可讓絕大多數數據收集和分析工作實現自動化的儀器,他們在解決這一問題時所能實現的速度和規模卻是空前的。在艾倫腦科學研究所2012年為整項研究畫上句號之際,科學家將開始揭開有關人類神經網絡諸多疑問的神秘面紗。


  1.推遲大腦組織死亡時間


科學家用冷凍人腦製成切片繪製大腦圖集(圖)

推遲大腦組織死亡時間



  科學家推遲大腦組織——例如圖中的腦幹——的死亡時間,方式是利用乾冰冷凍樣本。在更高溫度下,核酸會散開,細胞膜也會迅速溶解。


  2.乾冰中冷凍的人腦切片


科學家用冷凍人腦製成切片繪製大腦圖集(圖)

乾冰中冷凍的人腦切片



  在冷凍前,人腦樣本必須被切成1厘米厚的小片。圖中展示的是被放置在乾冰中冷凍的一片人腦切片,研究人員為它穿上一件藍色羧甲基纖維素「外衣」。


  3.幾微米厚的透明切片


科學家用冷凍人腦製成切片繪製大腦圖集(圖)

幾微米厚的透明切片



  一旦人腦切片被冷凍,技術人員會將其切成只有幾微米厚的透明切片。


  4.冷凍的大腦切片被低溫保存


科學家用冷凍人腦製成切片繪製大腦圖集(圖)

冷凍的大腦切片被低溫保存



  冷凍的大腦切片被保存在低溫條件下,直到進行進一步切片處理並最終用RNA加以探測,以尋找特定的基因表達。利用被稱之為「原位雜交」的技術,科學家能夠揭示每個細胞內哪一個DNA(脫氧核糖核酸)片斷與RNA雜交。


  5.5台自動化儀器


科學家利用自動儀器製作2萬個人腦圖集(2)

5台自動化儀器



  實驗室自動化公司Tecan製造了5台自動化儀器,每台儀器每天可對192個樣本進行原位雜交。艾倫腦科學研究所每24小時能夠產生超過1太字節數據。

  6.經過冠狀面切割的大腦切片


科學家利用自動儀器製作2萬個人腦圖集(2)

經過冠狀面切割的大腦切片



  這些是經過冠狀面切割得到的大腦切片,讀者可以想像從大腦前部切向後部。圖中上面的切片經過銀黃著色,下面的切片則用硫堇加以處理。


  7.冠部經過蘇木精和曙紅染色


科學家利用自動儀器製作2萬個人腦圖集(2)

冠部經過蘇木精和曙紅染色



  人腦冠部經過蘇木精和曙紅染色。每一張載玻片——連同載玻片加載器和條形碼閱讀器——都是改進型萊卡600B顯微鏡自動拍攝的。


  8.冠部經過銀黃著色


科學家利用自動儀器製作2萬個人腦圖集(3)

冠部經過銀黃著色



  整個人腦樣本的冠部經過銀黃著色。每兩秒鐘就會有一個新的載玻片圖片加入數據庫,這些顯微鏡總計可拍攝超過8500萬張圖片。


  9.冠部經過改進型銀黃著色


科學家利用自動儀器製作2萬個人腦圖集(3)

冠部經過改進型銀黃著色



  人腦樣本冠部經過改進型銀黃著色。一旦圖片進入數據庫,一種算法會將圖片變成有關基因表達的一張「熱量圖」。


  10.冠部經過硫堇染色


科學家利用自動儀器製作2萬個人腦圖集(3)

冠部經過硫堇染色



  整個人腦的冠部經過硫堇染色。所有載玻片和樣本分析工作將於2012年完成。

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